Universidad de La Salle Universidad de La Salle Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería 2014 Influencia del agregado de concreto reciclado fino en las Influencia del agregado de concreto reciclado fino en las propiedades mecánicas y de resistencia de un concreto hidráulico propiedades mecánicas y de resistencia de un concreto hidráulico de alta resistencia de alta resistencia Valeria del Sol Palomino Clavijo Universidad de La Salle, Bogotá Karen Lizeth Barreto Pulido Universidad de La Salle, Bogotá Follow this and additional works at: https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_civil Part of the Civil Engineering Commons Citación recomendada Citación recomendada Palomino Clavijo, V. d., & Barreto Pulido, K. L. (2014). Influencia del agregado de concreto reciclado fino en las propiedades mecánicas y de resistencia de un concreto hidráulico de alta resistencia. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_civil/408 This Trabajo de grado - Pregrado is brought to you for free and open access by the Facultad de Ingeniería at Ciencia Unisalle. It has been accepted for inclusion in Ingeniería Civil by an authorized administrator of Ciencia Unisalle. For more information, please contact [email protected].
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Universidad de La Salle Universidad de La Salle
Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle
Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería
2014
Influencia del agregado de concreto reciclado fino en las Influencia del agregado de concreto reciclado fino en las
propiedades mecánicas y de resistencia de un concreto hidráulico propiedades mecánicas y de resistencia de un concreto hidráulico
de alta resistencia de alta resistencia
Valeria del Sol Palomino Clavijo Universidad de La Salle, Bogotá
Karen Lizeth Barreto Pulido Universidad de La Salle, Bogotá
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Part of the Civil Engineering Commons
Citación recomendada Citación recomendada Palomino Clavijo, V. d., & Barreto Pulido, K. L. (2014). Influencia del agregado de concreto reciclado fino en las propiedades mecánicas y de resistencia de un concreto hidráulico de alta resistencia. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_civil/408
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4.3.1 Diseño de Mezcla 53 4.3.2. Metodología de Reemplazo Utilizada en el Presente Proyecto de Grado 57
4.3.3 Preparación de Especímenes 63
5. Resultados y Análisis de Resultados 66
5.1 Resistencia a la Compresión 66
7
5.2 Tracción Indirecta 69
5.2.1 Tensión indirecta de concreto método Brasilero 70
5.3 Módulo de rotura 73 5.4 Módulo de Elasticidad 75 5.5 Relación de Poisson 77
6. Conclusiones 79
7. Recomendaciones 81
Bibliografía y Cibergrafia 82
8
Lista De Tablas
Tabla 1:Clasificación general del agregado según su tamaño ........................................................ 23 Tabla 2: Caracteristicas de los depósitos de agregados naturales .................................................. 24 Tabla 3:Clasificación de las partículas según su forma ................................................................. 28 Tabla 4:Diferentes estados de saturación del agregado ................................................................. 29 Tabla 5:Clasificación del hormigón de acuerdo con los valores del asentamiento en cono de
Abrams Normatividad Europeo ..................................................................................................... 30 Tabla 6: Normas de los ensayos elaborados ................................................................................... 37 Tabla 7: Normas de ensayos para agregado grueso ....................................................................... 38 Tabla 8: Granulometría de la grava ................................................................................................ 39 Tabla 9: Densidad y absorción agregado grueso ............................................................................ 41
Tabla 10: Masa unitaria de la grava ............................................................................................... 41
Tabla 11: Resumen resultados caracterización agregado grueso ................................................... 43 Tabla 12: Normas de ensayo para agregado fino ........................................................................... 43
Tabla 13: Densiadad y absorción agregado fino ............................................................................ 47
Tabla 14: Masa unitaria agregados finos ........................................................................................ 47 Tabla 15: Resumen resultados caracterización agregado fino ....................................................... 48
Tabla 16: Normas de ensato para el cemento ................................................................................. 49 Tabla 17: Tiempo de fraguado cemento ......................................................................................... 50 Tabla 18: Resultado cubos de mortero ........................................................................................... 51
Tabla 19: Cilindros y vigas utilizados por cada dosificación......................................................... 52 Tabla 20: Datos necesarios para el diseño de mezcla .................................................................... 55
Tabla 21: Proporción de los agregados .......................................................................................... 55 Tabla 22: Densidad aparente seca de todos los porcentajes ........................................................... 56 Tabla 23: Peso seco y volumen absoluto de los ingredientes por metro cubico de concreto ......... 56
Tabla 24: Material necesario para un porcentaje ........................................................................... 56
Tabla 25: Volumen de los cilindros ............................................................................................... 57 Tabla 26: Volumen de las vigas ..................................................................................................... 57 Tabla 27: Resultados finales de los promedios de todos los ensayos realizados ........................... 66
Tabla 28: Resultados promedio de la resistencia a la compresión ................................................. 67 Tabla 29: Relación entre la resitencia a la compresión y tracción indirecta .................................. 72
Tabla 30: Resultados del módulo de rotura .................................................................................... 74 Tabla 31: Resultados promedio del módulo de elasticidad para cada porcentaje .......................... 76 Tabla 32: Resultados promedio de la relación de Poisson para cada porcentaje ........................... 77
9
Lista De Figuras
Figura 1 Ensayo de la resistencia a la flexión ............................................................................... 33 Figura 2 Ensayo de la Tracción Indirecta ..................................................................................... 34 Figura 3Posición del cilindro con listones de madera ................................................................... 34 Figura 4 Granulometría agregado grueso ...................................................................................... 40 Figura 5 Densidad y Absorción del Agregado Grueso ................................................................. 40
Figura 6 Masa unitaria de la grava ............................................................................................... 41 Figura 7 Partículas Planas y alargadas .......................................................................................... 42 Figura 8 Apariencia Arena de Rio ................................................................................................ 44 Figura 9 Apariencia del AFCR ..................................................................................................... 45 Figura 10 Granulometría de la arena de río .................................................................................. 45
Figura 11 Granulometría AFCR .................................................................................................... 46
Figura 12 Densidad y absorción del agrado fino .......................................................................... 46 Figura 13 Ensayo de equivalente de arena .................................................................................... 48
Figura 14 Aguja de Vicat y Gillmore ............................................................................................ 50
Figura 15 Densidad del cemento ................................................................................................... 50 Figura 16 Porcentajes de dosificación a reemplazar. .................................................................... 53
Figura 17 Pporcentajes de agregados fino y grueso gráficamente ................................................ 54 Figura 18 Granulometría del agregado fino con sus franjas ......................................................... 58 Figura 19 Arena fina natural tamizada en 3 tamaños .................................................................... 59
Figura 20 tamaños del agregado reciclado para ser sustituidos ................................................... 60 Figura 21 Metodología de reemplazo utilizada en el presente proyecto de grado. ....................... 61
Figura 22 Metodología utilizada por Vivian Tam ......................................................................... 62 Figura 23 Proceso de humedecimiento ......................................................................................... 63 Figura 24 Fase de mezclado en dos etapas, agua natural y con adición de plastificante ............. 63
Figura 25 Material fino reciclado listo y separado para la sustitución ......................................... 63
Figura 26 Adición del agregado de concreto fino Reciclado ........................................................ 64 Figura 27 Primera etapa, agregados naturales (Arena y Grava) ................................................... 64 Figura 28 Adición de agua de mezclado con adición de plastificante .......................................... 64
Figura 29 Adición de agua natural ................................................................................................ 64 Figura 30 Asentamiento para el 100% de sustitución ................................................................... 65
Figura 31 Capas de compactación, en la vigueta .......................................................................... 65 Figura 32 Proceso de desencofrado y curado. .............................................................................. 65 Figura 33 Ensayo de la resistencia a la Compresión en la maquina Universal ............................. 67 Figura 34 Resistencia a la compresión de los porcentajes de sustitución ..................................... 68 Figura 35 Porcentaje alcanzado respecto a muestra patrón de resistencia a la compresión. ........ 69
Figura 36 Ensayo de Tracción indirecta ........................................................................................ 70
Figura 37 Tracción indirecta vs porcentaje de sustitución ............................................................ 70
Figura 38 Porcentaje alcanzado respecto a muestra patrón de resistencia a la tracción. .............. 71 Figura 39 Comparación resistencia a la compresión y resistencia a la tracción. .......................... 72 Figura 40 Ensayo de Modulo de Rotura ....................................................................................... 73 Figura 41 Módulo de rotura vs porcentaje de sustitución de AFCR ............................................. 74 Figura 42 Porcentaje alcanzado respecto a muestra patrón de módulo de rotura. ........................ 75
Figura 43 Modulo de Elasticidad Vs porcentaje de reemplazo ..................................................... 76 Figura 44 Resultados obtenidos de la relación de Poisson ........................................................... 78
10
Introducción
El presente proyecto pretende estudiar la influencia del AFCR (agregado fino de concreto
reciclado) proveniente de un proceso de demolición y posterior trituración de los escombros de
concreto de una planta de reciclaje de la ciudad de Bogotá. En el cual se obtuvieron resultados del
comportamiento del concreto con adición de AFCR y poder estimar el porcentaje adecuado de
reemplazo que se puede adicionar en una mezcla de concreto para una relación a/c (agua/cemento)
de 0.4.
El estudio se enfocó en las propiedades mecánicas de un concreto de alta resistencia,
sustituyendo el material fino que pasa el tamiz No. 4 por diferentes porcentajes de agregado fino
Figura 17Pporcentajes de agregados fino y grueso gráficamente Fuente: Autores
Se diseñó una mezcla de concreto que cumpliera con la relación agua cemento establecida y
de esta manera obtener un concreto de alta resistencia, se empezó caracterizando los materiales y
una vez obtenidos los datos de granulometría se procede a realizar el diseño por el método A.C.I,
Según Sánchez de Guzmán (2001) En el proceso de diseño se sustentan 10 pasos.
Primer paso: es la selección del asentamiento mediante la tabla 11.3 (Sanchez de Guzmán,
2001)de acuerdo con los objetivos el asentamiento debe tener una consistencia seca y se define
35mm como el asentamiento.
Segundo paso: Selección de tamaño máximo del agregado, según la granulometría el tamaño
máximo fue de 1”.
Tercer paso: Estimación del contenido de aire, Se utilizó un concreto sin aire incluido, y se
estima que para el tamaño máximo nominal del agregado contiene 2.0% naturalmente atrapado.
Cuarto paso: Teniendo en cuenta que el agregado es de forma angular y textura rugosa y
además no tiene aire incluido, se maneja la tabla 11.7 (Sanchez de Guzmán, 2001) en donde se
55
tiene en cuenta el asentamiento de 35 mm y el tamaño máximo del agregado de 1” obteniendo
como resultado la cantidad de agua de mezclado igual 180 Kg/m3 de concreto.
Quinto paso: Determinación de la resistencia de diseño, de acuerdo a la relación a/c =0.4, que
según la tabla 11.13 es de 350Kg/cm2
Sexto paso: Selección de la relación agua-cemento, dicha relación ya se encuentra establecida
como a/c = 0.4
Séptimo paso: Cálculo del contenido de cemento
y por lo tanto (1)
(2)
Octavo paso: Estimación de las proporciones de agregados.
Volumen absoluto de los agregados= (3)
Volumen absoluto de los agregados = (4)
Volumen absoluto de los agregados= 666.93 (5)
Tabla 20
Datos Necesarios para el diseño de mezcla
Propiedades físicas
de los agregados
Agregado
Grueso AFN ACFR
Absorción 4,075% 3,050% 10,11%
Humedad Natural 4,10% 4,22% 8,28%
densidad aparente 2,21 2,43 2,07 Fuente: Autores
Tabla 21
Proporción de los agregados
Proporción de agregados según la granulometría
Porcentaje de agregado fino 32%
Porcentaje de agregado grueso 68%
Fuente: Autores
Para obtener la densidad aparente seca es necesario empezar a incluir los porcentajes de
sustitución de los agregados finos, la ecuación inicial se puede encontrar en libro tomado como
referencia (Sanchez de Guzmán, 2001) como se puede ver en la ecuación 6.
56
Densidad aparente seca:
GAFR
(6)
Ga= Densidad aparente de los agregados
Gag= Densidad aparente del agregado grueso
Gaf= Densidad aparente del agregado fino
G AFN Densidad aparente del agregado fino natural
GAFR= Densidad aparente del agregado fino reciclado
%AFN = Porcentaje de agregado fino natural según
la sustitución que corresponda
%AFR = Porcentaje de agregado fino reciclado
según la sustitución que corresponda
m= Porcentaje de agregado grueso según el diseño
de mezcla
n= Porcentaje de agregado fino según el diseño de
mezcla
Debido a que esta ecuación (6) solo tiene en cuenta un tipo de material fino fue adaptada para
incluir la densidad de la arena reciclada y la arena natural (7) considerando que las densidades
varían entre si y más aún cuando se hacen las ocho sustituciones, por lo tanto queda de la
siguiente forma:
( ) (7)
Se tienen en cuenta las densidades de los diferentes tipos de materiales y la proporción en que
fueron diseñados por el método grafico en el diseño de mezcla, para mayor claridad se da a
conocer el siguiente ejemplo con el 20% de sustitución de ACFR frente a un 80% de arena de rio
de reemplazo, el cual da como resultado Ga=2.26 g/cm3 (8)
( ) (8)
56
Tabla 22
Densidad Aparente Seca de Todos los Porcentajes
Porcentaje de sustitución Densidad Aparente seca
(Ga)
0 2,28
20 2,26
25 2,25
30 2,25
35 2,24
50 2,23
75 2,20
100 2,16
Fuente: Autores
Noveno paso: Ajuste por humedad de los agregados, un día antes de fundir se deja material en
el horno durante 24 horas para realizar la corrección por humedad que puedan tener los agregados
un instante antes de proceder a fundir.
Decimo paso: Ajustes a la mezcla de prueba, para mayor facilidad se calcula el peso de los
materiales para producir 100 litros de mezcla.
Tabla 23
Peso Seco y volumen absoluto de los ingredientes por metro cubico de concreto
Ingrediente Peso seco
Kg/m3
Peso específico
g/cm3
Volumen absoluto
l/m3
Cemento 450 2,98 151
Agua 180 1 180
Contenido Aire - - 2,0%
Agregado Grueso 1033,77 2,2130 467
Agregado Fino 486,48 2,435 200
Plastificante 2,25 1,1 2,05
Total 2150,25 9,73 1000,00
Fuente: Autores
El concreto utilizado es de alta resistencia, por lo tanto seadicionó plastificante en una proporción
de 0,5% del peso del cemento para darle mayor trabajabilidad a la mezcla.
Tabla 24
Material necesario para un porcentaje
57
Material Peso Seco (kg/m3)
Cemento 450
Agua 180
Contenido aire -
Agregado grueso 1034
Agregado fino 486
Plastificantes 2,25
TOTAL 2153
Fuente: Autores
De acuerdo a las medidas de las vigas y cilindros se realizó la dosificación.
Tabla 25
Volumen de los cilindros
Dimensiones del Cilindro
Altura del cilindro (m) 0,2
Diámetro (m) 0,1
Área de cilindro (m2) 0,01
Volumen del cilindro (m³) 0,00157
Fuente: Autores
Tabla 26
Volumen de las Vigas
Altura (m) 0,15
Ancho (m) 0,15
Largo (m) 0,5
Volumen de la viga (m³) 0,01125
Fuente: Autores
Para los cilindros se utilizó un porcentaje de desperdicio del 15% y para las vigas de 30%.
4.3.2. Metodología de Reemplazo Utilizada en el Presente Proyecto de Grado
Un día anterior a fundir, se dejan recipientes con agregado grueso, arena natural, agregado
reciclado grueso(entre tamiz N4 y N10), medio (entre tamiz N10 y N40) y fino(entre tamiz
N40 y N200) en el horno para conocer las correspondientes humedades naturales de cada
material.
58
Una vez definido el diseño de mezcla y la cantidad de material fino natural ( AFN),se
retira el material a sustituir definido por los porcentajes de reemplazo que corresponda (0%;
20%; 25%; 30%; 35%; 50%; 75%y 100%) en peso, se tamiza, se separa en las 3 fracciones
anteriormente definidas.
Figura 18 Granulometría del agregado fino con sus franjas Fuente: Autores
Una vez se tiene las cantidades de los materiales que se van a utilizar por cada dosificación
realizando previamente la corrección por humedad (lo cual se debe hacer diariamente) y en el
caso de este proyecto se utilizó una mezcladora pequeña por lo cual se realizaron dos etapas
por cada dosificación. Los materiales fueron separados en recipientes que contenían los pesos
correspondientes por la mezcla de diseño de grava, cemento y el agua en dos recipientes la
mitad natural y la otra con el porcentaje de plastificante.
Como ejemplo se hace la suposición de que se va a realizar el reemplazo del 25%. La
cantidad del material fino por ejemplo podría ser de 10 000gr, para la dosificación se reparte
2500 de agregado reciclado y 7500 de agregado natural si fuera el 50% de reemplazo seria
5000gr de reciclado y 5000 de arena natural.
-10%
10%
30%
50%
70%
90%
110%
0;0650;6506;500
Abertura del tamiz en (mm)
Límite superiorLímite InferiorN4N10N40N200
Fracción
gruesa Fracción
media
Fracción
fina
59
Los 2500gr que se deben sustituir de ACFR es el peso que se va a reemplazar, en este
momento se necesita conocer cuánto es el peso de cada uno de los 3 tamaños que tienen la
granulometría natural es decir la arena de rio por lo cual se necesita tamizar y pesar estas tres
franjas.
Se tamizan los mismos 2500 gr en arena natural que es la granulometría que queremos
conservar y se obtendrían más o menos los siguientes pesos:
Entre tamiz N4 y N10 = 600 gr
Entre el tamiz N10 y N40 = 1000 gr
Y entre N40 y N200 los restantes 900 gr para un total de 2500gr correspondiente al 25%
de sustitución que se va a realizar.
Figura 19 Arena fina natural tamizada en 3 tamaños Fuente: Autores
Por motivos de practicidad el material fino reciclado es colocado en tres lonas con los
tamaños antes mencionados grueso medio y fino, para que una vez se conozcan los pesos de
cada porcentaje se reemplacen por el material reciclado y la arena es devuelta y reciclada
para un posterior uso.
60
Figura20 tamaños del agregado reciclado para ser sustituidos Fuente: Autores
El material reciclado debe tener los 2500 gr que corresponden a la sustitución y deben
estar listos para fundir junto con los demás materiales y se puede ver de forma resumida en la
figura 22.
61
Reemplazo del material reciclado
Figura 21 Metodología de reemplazo utilizada en el presente proyecto de grado.
Fuente: Autores
Una vez se tienen las cantidades de los materiales obtenidas en el diseño de mezcla se pesan y se dejan listas para fundir.
Agregado grueso, cemento, Agua y Plastificante
El Agregado fino
Si es el 0% de reemplazo, no hay sustitución de concreto reciclado
Si es el 100% de reemplazo, se mantiene la curva granulométrica del agregado fino natural y se sustituyen exactamente los mismos pesos de cada una de las fracciones segun la granulometria
Sustitucion
La sustitución se realiza teniendo en cuenta el 100% del peso del agregado fino que debe tener el diseño de la mezcla previamente elaborado.
Del peso que se debe tener de agregado fino se calcula el peso de la arena y del ACFR, es decir
Para el 20%: 80% es arena y 20% es ACFR
Para el 25%: 75% es arena y 25% es ACFR
Para el 30%: 70% es arena y 30% es ACFR
Para el 50%: 50% es arena y 50% es ACFR
Para el 75%: 25% es arena y 75% es ACFR
La fracción de arena natural que va a ser sustituida es tamizada por los siguientes 3 tamices
Arena gruesa tamiz N4- N10
Arena media tamiz N10-N40
Arena fina tamiz N40 – N200
Por ejemplo si el peso del agregado fino natural total es de 10 000 gr para la sustitucion del 25% de reemplazo
entonces:
2500 gr son de Agregado de concreto fino reciclado y
7500 gr son de arena natural
El agregado reciclado para mayor facilidad ha sido tamizado y colocado en 3 lonas con los diferentes tamaños de los tamicces
Se pesa la arena natural que ah quedado entre los tres tamices ya que estos pesos son los que se van a sustituir posteriormente por ACFR
y debido a que el material reciclado ya se tiene previamente tamizado y separado en lonas, se reemplaza directamente cada peso de arena natural con el peso del tamiz al que corresponda con ACFR.
Finalmente el peso de cada fracción de la arena es sustituido por el peso de ACFR y de esta manera se obtiene el peso total de agregado fino y por tal motivo se esta teniendo en cuenta la curva granulométrica de la arena natural en este proceso.
La arena natural que ah sido tamizadase utiliza para conocer unicamente el peso del
ACFR a reemplazar y por tal razon es mezclada nuevamente y devuelta al
depósito de arena ya que esta cantidad de material el que se ah podido conservar y
reciclar.
62
Figura 22 Metodología utilizada por Vivian Tam
Procedimiento Realizado Según la Metodología de Vivian Tam
½
Fuente: Autores
Primero se mezclan durante
un (1”) minuto la grava, la
arena de rio y el porcentaje
correspondiente de agregado
reciclado a la mezcladora
Luego se agrega la
mitad del agua total a
la mezcladora por
otro minuto (1´)
Posteriormente se añade
el cemento y se deja
mezclar por (30”)
segundos
Y por último se completa con
la segunda mitad del agua a la
mezcladora con el porcentaje
de plastificante y se deja
mezclar por (4´) minutos
63
4.3.3Preparación de Especímenes
Los preparación de los especímenes se realizó en base a la metodología utilizada por
TamViviam en su artículo “Micro-structural analysis of recycled aggregate concrete
produced from two-stage mixing approach” el cual propone un procedimiento de mezclado
en dos etapas para un concreto con adición de agregado de reciclado.
En primer lugar se tiene listo todo el material utilizado, se humedece la mezcladora y los
elementos requeridos en el momento de fundir.
Figura 23Proceso de humedecimiento Fuente: Autores
Según la metodología que propone Vivian Tam, se colocan los agregados (agregado
Grueso, AFN y AFCR que corresponda) y se dejan mezclando por un minuto.
Figura 25Material fino reciclado listo y
separado para la sustitución
Figura 24 Fase de mezclado en dos etapas,
agua natural y con adición de plastificante
Fuente: Autores
64
A esto se suma la mitad del agua y se espera 1 minuto para agregar la totalidad del
cemento, luego de 30 segundos se agrega la mitad del agua restante en la cual esta diluido el
plastificante y se deja mezclar por 4 minutos.
Fuente: Autores
Después de esto se controla el asentamiento que tiene cada porcentaje elaborado y se
verifica que corresponda con el diseño de la mezcla realizado.
Figura 27 Primera etapa, agregados
naturales (Arena y Grava) Figura 26 Adición del agregado de concreto
fino Reciclado
Figura 29 Adición de agua natural Figura 28Adición de agua de mezclado con
adición de plastificante
65
Figura 31 Capas de compactación, en la vigueta
Figura 30Asentamiento para el 100% de sustitución Fuente: Autores
Y por último se elaboran los cilindros y las vigas de cada dosificación, 24 horas después se
desencofran tanto los cilindros como las vigas y se dejan en inmersión durante 28 días.
Fuente: Autores
Figura 32Proceso de desencofrado y curado. Fuente: Autores
66
5. Resultados y Análisis de Resultados
Los resultados obtenidos de todos los ensayos realizados se muestran a continuación los cuales
fueron promediados de los especímenes de cada ensayo y se encuentran condensados en la tabla
27.
Tabla 27
Resultados finales de los promedios de todos los ensayos realizados
Porcentaje
de reemplazo
(%)
Módulo de
Elasticidad
(MPa)
Relación
de Poisson
Resistencia a la
compresión
(MPa)
Tracción
Indirecta (MPa)
Módulo de
Rotura (MPa)
0 19673,67 0,23 38,19 3,93 3,93
20 19030,50 0,23 37,92 3,74 3,86
25 19086,67 0,23 38,08 3,64 3,81
30 19204,50 0,22 38,04 3,65 3,81
35 19123,33 0,22 38,00 3,64 3,85
50 18582,33 0,21 37,85 3,57 3,86
75 17076,00 0,22 37,84 3,55 3,65
100 17142,50 0,21 37,54 3,41 3,53
Fuente: Autores
5.1Resistencia a la Compresión
Dado a que la sustitución del agregado fino natural por agregado reciclado conlleva generalmente
a pérdidas dañinas de las propiedades mecánicas, se suele limitar su uso a un 30% de ACFR,el
concreto es un sistema de tres fases que comprende agregado grueso, matriz de mortero con
agregado fino y las zonas interfaciales esta última juega un papel crítico ya que determina el
rendimiento mecánico y es por esto que se adopta la metodología de mezclado en dos etapas la
cual fue explicada anteriormente y concluye en unos un buen comportamiento de la resistencia
incluso en altos porcentajes de sustitución.
67
Figura 33 Ensayo de la resistencia a la Compresión en la maquina Universal
Existen estudios que confirman que la sustitución únicamente de agregado fino natural por
agregado fino reciclado disminuye la resistencia de 3.4% para un porcentaje de 20% hasta un
7.6% para el 100%(Flor Chavez, 2012, p. 21)
En el presente proyecto se realizó el ensayo de resistencia a la compresión basados en la norma
I.N.V.E – 410 – 07 para 40 cilindros en total, curados por inmersión a los 28 días de edad, en los
cuales se utilizan 5 especímenes por cada porcentaje de reemplazo. (Ver anexo B-5)
Fuente: Autores
Se tomaron los resultados más cercanos con el fin de mejorar la precisión, descartando los datos
más atípicos. Esto siguiendo el criterio de Chauvenete1 en donde se descartaron dos cilindros
como se muestra en el Anexo C-1 y obteniendo resistencias promedio por cada porcentaje de
reemplazo para llegar a los datos finales que son mostrados en la tabla 28.
Tabla 28
Resultados promedio de la resistencia a la compresión
1Es un método para calcular si un dato experimental (a partir de ahora llamado dato dudoso), de un conjunto de
datos experimentales, es probable que sea un valor atípico.
68
Porcentaje de
reemplazo (%)
Resistencia a la compresión
(MPa)
0 38,19
20 37,92
25 38,08
30 38,04
35 38,00
50 37,85
75 37,84
100 37,54
Fuente: Autores
Figura 34 Resistencia a la compresión de los porcentajes de sustitución Fuente: Autores
En la figura 35se observa que cuando se aumenta el porcentaje de sustitución de agregado fino de
concreto recicladola resistencia disminuye; pero esta disminución no es significativa ya que los
datos no difieren en más de 1 MPa.
30;
31;
32;
33;
34;
35;
36;
37;
38;
39;
40;
0 20 40 60 80 100Re
sist
en
cia
a la
Co
mp
resi
on
( M
Pa)
Porcentajes de sustitución de AFCR (%)
Resistencia a la Compresion Vs Porcentaje de sustitucion
Resistencia a la compresión (Mpa)
69
Figura 35 Porcentaje alcanzado respecto a muestra patrón de resistencia a la compresión.
Nota: La muestra patrón hace referencia a las muestras realizadas con el 0% de reemplazo de AFCR. Fuente: Autores.
En la figura 36se observan los porcentajes alcanzados respecto a la muestra patrón (0% de
reemplazo) dichos valores no tuvieron variaciones mayores al 2%. Siendo el valor más bajo de
variación el porcentaje de100% de reemplazo arrojando el 98,29%.
Experimentalmente se pudo evidenciar que los altos porcentajes de sustituciones tienen una
buena resistencia a la compresión y pueden ser utilizados de la misma forma como se utiliza un
concreto sin sustitución de ACFR, ya que 1 o 2 MPa de reducción en la variación no pueden
definirse como un efecto directo negativo sobre esta propiedad.
5.2 Tracción Indirecta
Autores coinciden que existe una disminución en un rango de ± 15% de la resistencia a la
tracción indirecta de los hormigones reciclados con relación a los convencionales de similares
características (Ravindrarajah et al, 1987).
100%
99%
100% 100% 99%
99% 99%
98%
97%
98%
98%
99%
99%
100%
100%
Po
rce
nta
je a
lcan
zad
o r
esp
ect
o a
la
mu
est
ra p
atro
n
Porcentaje de sustitución de AFCR
0% 20% 25% 30% 35% 50% 75% 100%
70
Figura 36 Ensayo de Tracción indirecta
5.2.1 Tensión indirecta de concreto método Brasilero
Se realizó este ensayo basado en la NTC-722 consiste en someter a compresión diametral un
cilindro de concreto como se muestra en la figura 37. Se construyeron 4 cilindros por cada
porcentaje de reemplazo, para un total de 32 especímenes. Según el criterio de Chauvenete se
descartó tres cilindros como se muestra en el Anexo C-2; Obteniendo resistencias promedio por
cada porcentaje de reemplazo mostrados en la tabla 29
Fuente: Autores
Figura 37Tracción indirecta vs porcentaje de sustitución Fuente: Autores
1;0
1;5
2;0
2;5
3;0
3;5
4;0
4;5
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Tra
ccio
n I
nd
irec
ta (
MP
a)
Porcentajes de sustitución de AFCR (%)
Tracción Indirecta (MPa)
71
En la Figura 38 se ve como el reemplazo disminuye casi linealmente disminuyendo a medida
que se aumenta la sustitución de ACFR en la resistencia a la tensión, aunque vale la pena
destacar que esta disminución realmente no es significativa ya que la diferencia está en 0,6 MPa.
Entre la muestra patrón y el 100% de reemplazo.
Figura 38Porcentaje alcanzado respecto a muestra patrón de resistencia a la tracción.
Nota: La muestra patrón hace referencia a las muestras realizadas con el 0% de reemplazo de AFCR. Fuente: Autores
En la figura 39se observan los porcentajes alcanzados respecto a la muestra patrón Vs los
diferentes porcentajes de reemplazo los cuales variaron en menos de 15% de la resistencia a la
tracción indirecta; siendo el mínimo valor con el 100% de reemplazo arrojando el 86,74% de la
resistencia a la tracción indirecta. Esto quiere decir que se ajusta a lo estudiado por algunos
autores y expresado anteriormente con respecto a la disminución de aproximadamente el 15% de
reducción en este ensayo sustituyendo el agregado natural por material reciclado.
100%
95% 93% 93% 93%
91% 90%
87%
80%82%84%86%88%90%92%94%96%98%
100%
Po
rce
nta
je a
lcan
zad
o p
or
la m
ue
stra
pat
ron
Porcentaje de sustitución de AFCR
0% 20% 25% 30% 35% 50% 75% 100%
72
Tabla 29
Relación entre la resistencia a la compresión y Tracción Indirecta
Resistencia a la
compresión
(MPa)
Tracción
Indirecta
(MPa)
Porcentaje de
tracción indirecta con
respecto a la
resistencia a la
compresión
38.19 3.93 10.29%
37.92 3.74 9.86%
38.08 3.64 9.56%
38.04 3.65 9.60%
38 3.64 9.58%
37.85 3.57 9.43%
37.84 3.55 9.38%
37.54 3.41 9.08% Fuente: Autores
Figura 39 Comparación resistencia a la compresión y resistencia a la tracción. Fuente: Autores
La resistencia a la tracción es un parámetro que por lo general es bajo con respecto a la
resistencia a la compresión, se encuentra aproximadamente en el 10% de la resistencia a la
compresión como se puede observar en la figura 40.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 20 25 30 35 50 75 100
Esfu
erzo
(M
Pa)
Porcentaje de reemplazo (%)
Compresión
Tracción
73
5.3 Módulo de rotura.
Este parámetro es aplicado a estructuras como pavimentos rígidos y es determinante en la calidad
del mismo por el paso de los vehículos y por diferencia de temperaturas en donde la losa estará a
un lado sometido a la compresión y al otro lado sometido a tensión por lo tanto no solo la
compresión es determinante sino que también la resistencia a la flexión o módulo de rotura.
5.2.1 Método de la viga simple cargada en los tercios de la luz.
Se realizó este ensayo basado en la norma I.N.V.E -144-07 con 3 vigas por cada porcentaje de
reemplazo curado por inmersión a los 28 días. Para un total de 24 vigas.
Figura 40 Ensayo de Modulo de Rotura
Fuente: Autores
Sustituciones de agregado grueso tienen perdidas de resistencia a la flexión entre el 6% y
20%. Para este ensayo se construyeron tres vigas por cada porcentaje de reemplazo para un total
de 24vigas de las cuales según el criterio de Chauvenete se descartóuna viga como se muestra en
el Anexo C-3; obteniendo resistencias promedio por cada porcentaje de reemplazo mostradas en
la tabla 30
74
Tabla 30
Resultados del módulo de rotura
Porcentaje de
reemplazo (%)
Módulo de Rotura
(MPa)
0 3,93
20 3,86
25 3,81
30 3,81
35 3,85
50 3,86
75 3,65
100 3,53
Fuente: Autores
Figura 41Módulo de rotura vs porcentaje de sustitución de AFCR Fuente: Autores
En la figura 42 se ve como con el reemplazo de ACFR disminuye el módulo de rotura, pero esta
no es significativa ya que la diferencia en menos de 0,5 MPa.
1;0
1;5
2;0
2;5
3;0
3;5
4;0
4;5
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Mo
du
lo d
e R
otu
ra (
MP
a)
Porcentajes de sustitución (%)
Módulo de Rotura Vs Porcentaje de Sustitucion
Series2Módulo de Rotura (MPa)
75
Figura 42 Porcentaje alcanzado respecto a muestra patrón de módulo de rotura.
Nota: La muestra patrón hace referencia a las muestras realizadas con el 0% de reemplazo de AFCR. Fuente: Autores
En la figura 43se observan los porcentajes alcanzados respecto a la muestra patrón
correspondiente al 0% de reemplazo variando en menos de 10%; siendo el mínimo valor con el
100% de reemplazo arrojando el 89,94% del Módulo de Rotura de la muestra patrón.
5.4 Módulo de Elasticidad.
El módulo de elasticidad del hormigón reciclado es siempre inferior (entre un 15 y un 40%) al del
hormigón de referencia, y alcanza los valores menores cuando se utiliza también árido fino
reciclado.(Santos, 2012)
Para la determinación del módulo de elasticidad se consideró la resistencia a la compresión
previamente de dos especímenes fallados y obteniendo el 40% de la carga última.
El módulo de elasticidad disminuye con la adición de ACFR, y los valores difieren en menos de
3000 MPa, dándose una variación evidente a partir del 50% de reemplazo.
100%
98% 97% 97%
98% 98%
93%
90%
84%
86%
88%
90%
92%
94%
96%
98%
100%
Po
rce
nta
je a
lcan
zad
o r
esp
ect
o a
la
mu
est
ra p
atró
n
Porcentaje de Sustitucion de AFCR
0% 20% 25% 30% 35% 50% 75% 100%
76
Figura 43 Modulo de Elasticidad Vs porcentaje de reemplazo Fuente: Autores
Tabla 31
Resultados promedio del módulo de elasticidad para cada porcentaje
Porcentaje de
reemplazo (%)
Módulo de elasticidad
(MPa)
Porcentaje de variación con
respecto a la muestra
control (%)
0 19673,67 -
20 19030,50 3.2
25 19086,67 2.9
30 19204,50 2.4
35 19123,33 2.8
50 18582,33 5.5
75 17076,00 13.2
100 17142,50 12.8 Fuente: Autores
Se encontró una disminución del módulo de elasticidad a medida que se aumenta el
porcentaje de sustitución variando desde el más bajo modulo correspondiente al 75% de
reemplazo de 17076.00 MPa hasta la muestra de control que tiene un módulo de 19673,67MPa
los cuales se encuentran dentro del promedio de un módulo de elasticidad para un concreto
diseñado hacia altas resistencias el cual experimentalmente varío entre el 2.4% y 12.8%como se
puede ver en la tabla 31, del módulo de elasticidad con respecto a la muestra patrón mucho
8000
10000
12000
14000
16000
18000
20000
22000
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Mó
dulo
Ela
stic
idad
(M
Pa)
Porcentaje de reemplazo (%)
Módulo de Elasticidad Vs Porcentaje de Reemplazo
Modulo deElasticidad (Mpa)
77
menor que lo encontrado en la revisión bibliográfica que oscila entre un 11% y 23%
aproximadamente.
5.5 Relación de Poisson
La relación de Poisson disminuye poco con la adición de ACFR y los valores difieren en menos
de 0,02.
Tabla 32
Resultados promedio de la relación de Poisson para cada porcentaje
Porcentaje de
reemplazo (%)
Relación de
Poisson
0 0,23
20 0,23
25 0,23
30 0,22
35 0,22
50 0,21
75 0,22
100 0,21
Fuente: Autores
78
Figura 44 Resultados obtenidos de la relación de Poisson Fuente: Autores
En general se observa que las propiedades mecánicas y de resistencia del concreto no se ven
altamente afectadas con la adición del agregado fino de concreto reciclado.
0
0;05
0;1
0;15
0;2
0;25
0;3
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Rel
ació
n d
e P
ois
son
Porcentaje de reemplazo (%)
Relación de Poisson Vs Porcentaje de Reemplazo
Relacion dePoisson
79
6. Conclusiones
Con base en los resultados obtenidos en esta investigación, se presentan las siguientes
conclusiones:
Los agregados procedentes de concreto presentan un alto nivel de poros, por lo que tienen la
posibilidad de absorber más agua que un agregado natural, por este motivo se entiende la
reducción progresiva de los asentamientos a medida que aumentaba el nivel de sustitución de
agregado de concreto fino reciclado en las muestras realizadas.
Se estableció que la manejabilidad del agregado se ve influenciada por la baja relación a/c y
fue necesario utilizar un plastificante que permitiera mejorar la trabajabilidad de la mezcla sobre
todo en los porcentajes de mayor sustitución.
Los valores de módulo de elasticidad son significativamente inferiores a lo planteado en la
NSR-10 √ . De igual manera los resultados de los valores experimentales con
reemplazo de agregado fino reciclado son menores a los de la muestra patrón.
En los valores de módulo de rotura existe la tendencia a disminuir a medida que se aumenta la
cantidad de concreto fino reciclado, siendo el testigo superior al de los reemplazos realizados, sin
embargo esta disminución no es significativa y se encuentra en un rango de ( 3.93 a 3.53)
aceptable para concretos de alta resistencia.
La gráfica de tracción indirecta (figura 37)muestra una tendencia a disminuir linealmente sin
tener una variación importante en los resultados, de 0.6MPa y una resistencia a la tracción
indirecta de 10% en comparación a la resistencia a la compresión obtenida experimentalmente en
este trabajo.
80
Como conclusión general se observa que la adición de AFCR proveniente de un proceso de
trituración de concreto no afecta de manera significativa la resistencia ni las propiedades
mecánicas de un concreto de alta resistencia.
De acuerdo a la metodología de reemplazo planteada en este proyecto se pudo garantizar la
continuidad de la granulometría inicial del agregado fino natural con la cual se generó un diseño
de mezcla donde se controló la cantidad y proporción de material de concreto fino reciclado a
sustituir.
El uso de la metodología de mezclado propuesta por Tam V (2005) garantizo un adecuado
procedimiento de la mezcla de concreto debido a que ayudo a mantener un comportamiento de
los valor es de resistencia y propiedades mecánicas aceptables, así mismo los buenos resultados
obtenidos en este proyecto de grado se atribuyen en parte a esta metodología de mezclado y al
manejo de la granulometría en la forma de reemplazo utilizada manteniendo la muestra control
,lo cual consideramos fue crucial para esta investigación.
Económicamente, se realizó una aproximación del costo del concreto por metro cubico con el
100% de reemplazo de AFCR, respecto al 0% de reemplazo, el cual se basó en los precios de
suministro de material para este proyecto (ver anexo D), para el cual aunque se obtiene un ahorro
(1.4%) , no parece ser muy significativo, sin embargo se recomienda mayor investigación en este
tema para lograr dar una apreciación más acertada.
Finalmente se concluye que es posible realizar sustituciones de AFCR en altos porcentajes
obteniendo grandes resistencias en los concretos hidráulicos, reemplazando incluso el 100% del
agregado fino reciclado vs porcentajes despreciables de resistencia en comparación con la
muestra patrón, disminuyendo así la cantidad de material natural a utilizar ayudando
ambientalmente y económicamente a disminuir el costos con lo cual se busca abrir nuevas
puertas a la investigación de la sustitución de concreto reciclado disminuyendo potencialmente la
cantidad de material que se extrae día a día y es utilizado principalmente en las construcciones.
81
7. Recomendaciones
Fue necesario comprar una cantidad mayor de material debido a que en el proceso de tamizaje
se pierde gran cantidad de agregados y especialmente de concreto reciclado, debido a que se
utilizó solo pasa tamiz N 4 y no se utilizó el sobrante es decir pasa N 200. Por esta razón se
recomienda tener en cuenta una cantidad de desperdicio extra a la hora de comprar el agregado.
Se recomienda tamizar todo el material de concreto fino reciclado en los tamaños que va a ser
reemplazado, ya que será de mucha ayuda a la hora de hacer la sustitución, este proceso de
tamizaje debe realizarse con todos los elementos de protecciones como tapabocas, guantes, gafas
y cofia para evitar daños a nuestra salud ya que las partículas de cemento son muy pequeñas y se
pueden afectar las vías respiratorias, siendo la mejor opción la de utilizar una tamizadora
eléctrica para este proceso.
Debido a la difícil trabajabilidad que tiene una mezcla con relación a/c= 0.4 fue necesario
utilizar un porcentaje de plastificante para aumentar la trabajabilidad, pero al llegar a las muestras
del 50% de reemplazo fue necesario aumentar dicho porcentaje sin exceder el máximo permitido
en las especificaciones del plastificante utilizado, de tal modo que se recomienda tener esto en
cuenta para las relaciones a/c semejantes.
Se recomienda investigar con la granulometría completa, reemplazando el 100% del material
granular fino y grueso variando los días de falla, para conocer el comportamiento del concreto y
de esta manera tener un conocimiento de los materiales que tenemos en nuestro país y comenzar
a elaborar posibles manuales como existen ya en otros países.
Se recomienda investigar las metodologías de mezclado actuales en Colombia y su influencia
dentro de una mezcla de concreto comparándolas con la metodología propuesta por (Tam, 2005)
82
Bibliografía y Cibergrafia
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